Potencjał wytwarzania przyrostowego w zastosowaniach naprawczych otwiera nowe możliwości w zakresie wydłużenia trwałości komponentów przemysłowych. Rozpatrywane jest wykorzystanie różnych technik druku 3D do naprawy i regeneracji części z sektora zbrojeniowego, energetyki, a także lotnictwa i kolei, o czym szerzej pisaliśmy w artykule:
Szwajcarski instytut inżynierii materiałowej i technologii EMPA prowadzi zaś badania nad zastosowaniem technologii WAAM (wire arc additive manufacturing) do naprawy elementów strukturalnych konstrukcji stalowych. Budowlane i przemysłowe konstrukcje stalowe często podlegają naprężeniom przez całe lata, a nawet dekady. Wraz ze starzeniem się konstrukcji, ich integralność i bezpieczeństwo mogą naruszyć pęknięcia, pojawiające się w punktach koncentracji naprężeń. Wymiana zainstalowanych na stałe elementów strukturalnych jest okazuje się często niepraktyczna lub zupełnie nieekonomiczna. W przyszłości właśnie takie komponenty będą naprawiane in situ przy użyciu technik przyrostowych.
Realizowane badania mają za zadanie opracowanie optymalnych strategii naprawczych i eksperymentalną walidację przyjętych rozwiązań. Wstępny etap prac obejmuje testy naprawy pęknięć płyt stalowych. W ramach technologii WAAM energia łuku spawalniczego jest wykorzystywana do nanoszenia metalicznego surowca, podawanego w postaci drutu. Zrobotyzowana platforma, oparta o ramię robota przemysłowego, na którym mocowana jest głowica do spawania, pozwala na wykonywanie nie tylko pojedynczych spoin, lecz także trójwymiarowych geometrii wzmocnienia struktury w miejscu koncentracji naprężeń.
Jak tłumaczy Hossein Heydarinouri z laboratorium inżynierii strukturalnej EMPA, nie chodzi o to, by nanosić jak najwięcej materiału. Znaczne bardziej istotny jest kształt. Zoptymalizowana geometria przyczynia się do osiągnięcia bardziej równomiernego rozkładu naprężeń, w taki sposób, że propagacja istniejących pęknięć ulega zahamowaniu lub nawet całkowitemu zatrzymaniu. Podczas eksperymentów przeprowadzonych na uszkodzonych płytach stalowych, odnotowano czterokrotny wzrost trwałości. Wszystkie naprawione przyrostowo płyty wykazały zwiększoną trwałość zmęczeniową. Warstwowy, schodkowy układ ściegów wzmocnienia okazał się szczególnie efektywny.
Perspektywiczne remonty konstrukcji stalowych z użyciem wytwarzania przyrostowego mają pozwolić na naprawę i regenerację elementów strukturalnych przy jednoczesnej redukcji zużycia materiału, kosztów i czasu wykonania. Jak dotąd jednak odpowiednia aparatura stosowana była stacjonarnie, w zamkniętych pomieszczeniach. Bezpieczna i funkcjonalna operacja zrobotyzowanych platform WAAM w miejscu występowania uszkodzeń będzie wymagać dalszych prac.
empa.ch
